集成电路的光学纳米探测制造技术

用于在超出光学衍射极限的分辨率处进行电气和光学纳米探测的装置。导航显微镜被配置为导航至感兴趣的区域。探针空间定位器支承叉，并且振荡压电管附接到所述叉的自由端，并提供指示到样本的距离的输出。具有形成于其端部的近场转换器的单模光纤附接到振荡压电管，使得近场转换器在振荡压电管下方向着样本延伸。光电检测器被设置为检测从样本采集的光子。近场转换器可以形成为形成于单模光纤的端部处的锥形部分、形成于锥形部分的尖部处的金属涂层、以及形成于金属涂层中以便穿过金属涂层暴露锥形部分的尖部的孔。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求享有于2015年06月25日提交的、序列号为62/184,822的美国临时专利申请的优先权权益，通过引用将该美国临时专利申请的整体内容并入本文中。
本专利技术处于使用扫描或/和步进(接触)纳米探测(nanoprobing)系统的集成电路的光电子表征的领域中。
技术介绍
纳米探测覆盖了包括纳米物体的各种类型的空间的、电气的、机械的、合成的和化学物理表征的分析科学的广泛领域。纳米电子设备，例如先进(＜130nm)IC，是这种物体的示例。使用1000-1500nm的激光的常规远场光学探测超出了分辨率。目前，即使是最复杂的光子运送和采集光学(固体浸没透镜，SIL)提供约200nm的横向分辨率且在进行一些更大的努力来提供约100nm的分辨率。需要的光学空间分辨率大约是最小栅(或接触水平)间距的两倍。技术节点处的晶体管的间距尺寸对于20nm的节点是大约140nm，对于14nm的节点是大约100nm，对于10nm的节点是大约70nm，以及对于7nm的节点是大约50nm；这些尺寸也是晶体管的光学探测的分辨率所需要的。因此，必须要提高光学商用/工业探测器的分辨率以遵循摩尔定律——行业趋势。近场扫描光学显微术(NSOM)是提高超出衍射极限的光学分辨率的已知方法。该方案具有严格的限制，该限制与光子采集效率对孔直径和波长的比值的强烈相关性(Bethe理论的四次方相关性)有关。对于1250nm的非偏振的光子(目前光路分析所用的1000nm至1500nm范围的中间值)以及200nm的孔直径，效率接近1.5％，对于50nm的孔仅为0.006％或者可能最佳为0.8％。样本发射的17,000个光子中最多仅一个光子被采集到。对于实际应用，光子采集效率是不够的。为了克服光学显微术分辨率的衍射极限，在过去使用了各自近场渐逝(evanescence)辐射方法。例如：使用具有小于衍射极限的尺寸的光纤开口的NSOM。在近场情况下，系统的分辨率由光学探针(光纤、针孔等等)的孔径限定。伴随着任意近场渐逝方法的问题是其很差的光子运送和采集效率。具有光纤探针的NSOM的采集效率随着光纤孔径或者随着其作为D3(实验)或甚至D4(理论)的函数的空间分辨率而下降。对于1250nm光，100nm针孔的期望透射率约为0.0001，而对于50nm的分辨率，应该预期0.00006的透射率。这甚至进一步减少了该方法的处理量，并且使得基于光纤NSOM的高分辨率OCA完全无法实践。目标是采集与目标晶体管/二极管相互作用或由目标晶体管/二极管发射的每个可能的光子，但是仍保留所需的空间分辨率。近场转换器(NFT)或/和光学纳米天线已经被用于将光能量集中于尺寸小于衍射极限的光斑中。目前该NFT开发由数据存储公司支持，因为热辅助磁记录(HAMR)技术有希望获得更高的数据存储密度。今天可以使用在800nm波长(或与磁性介质效率耦合)处具有从少许到百分之几十的透射率的各种NFT来获得近场中的～20nm的分辨率。注意NSOM需要的用于光学探测的波长可以比远场探测所需要的短，远场探测可以对大于10μm的硅厚度起作用，然而，NSOM必须对小于250nm的硅厚度起作用。这些数值应该是与直径为20nm的简单的金属孔的透射率(约0.0002％)相比较的。因此，NFT显著提高了近场光学的效率(透射率、耦合效率)。用于从具有激光扫描系统的感兴趣区域(ROI)的多点采集光子的成像远场光学系统的空间分辨率根本上被由ErnestAbbe定义的所谓的衍射极限限制。该空间分辨率取决于波长、数值孔径以及光学系统的质量和样本的发射、反射或吸收特性。该相同的衍射极限限制了某个尺寸以下的激光探针的减少。该极限再次由波长、数值孔径和聚焦光学器件的质量限定。已知少数技术有助于克服光学系统的分辨率的衍射极限。它们中的一个是扫描或定位ROI的近场中的纳米级光子传感器/源。可以使用NSOM，在NSOM中，涂覆有导体的光纤的孔径限定了“传感器/源”的尺寸。尽管细光纤的透射率很差，该类型的NSOM有时被用于向具有纳米级分辨率的ROI运送光子(源激光的高功率有帮助)。然而，使用NSOM来采集发射的或反射的光子受到限制。亚波长孔的理论光子采集效率随着直径的四次方与波长的比值而下降。一些实验数据表明了蚀刻和金属涂覆的光纤透射率的较不急剧的衰减——随着直径的三次方与波长的比值。即使在该三次方的情况下，从远场光学器件提供的250nm分辨率到NSOM的50nm分辨率，将导致信号减少超过2个量级(1/125或0.008)。考虑到NSOM的连续数据采集算法，会面对从具有250nm分辨率的并行成像到具有50nm分辨率的连续扫描显微术的处理量的显著损失(仅额外的数据采集时间能够提高信噪比，SNR)。为了使该方法被工业应用所接受，纳米级的、亚波长光学器件的光子采集效率(或透射率)必须被显著提高。因此，在该领域需要实现对未来设计节点处的IC的探测，由于没有足够的分辨率和/或光子采集效率，使用目前的技术不能探测该节点处的IC。本公开内容描述了用于进行这种探测的系统和方法。
技术实现思路
包括以下
技术实现思路
是为了提供对本专利技术一些方面和特征的基本理解。本
技术实现思路
不是本专利技术的全面综述，并且因此并非意在具体地标识本专利技术的关键或重要元件或叙述本专利技术的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本专利技术的一些概念，作为下文要呈现的更具体的描述的引言。公开的实施例通过利用与扫描或步进纳米探测系统结合的NFT获得了光学探测的纳米级空间分辨率。该(机械的)扫描光学系统的空间分辨率是由近场扫描光学显微镜(NSOM)中的光学探针的尺寸限定的。根据所公开的实施例，为热辅助磁记录(HARM)开发的近场转换器技术可被应用于基于工作IC的元件的局部变热/辐射的光路分析(OCA)技术。例如，其中波长必须高于1250nm的动态热激光激励(stimulation)和静态热激光激励可以使用这些实施例来实现。在公开的实施例中，HAMRNFT被设计为放置于与要进行适当操作的目标相距几十纳米(15至25nm)的距离处——比典型的NSOM的距离减少了很多。本专利技术的一些方面包括但不限于具有用于向通电的IC运送或从该IC采集光子的纳米尺寸光学探针的扫描或步进探测器，其具有纳米级空间分辨率(被用于高效光子采集和运送的单个NFT或多于一个NFT的组合)。显微镜(光学或扫描电子或扫描离子或任何其它显微镜)可以用于在样本上向ROI导航。本专利技术的集成纳米传感器组合了NFT和光子传感器，或者使用光纤光学器件或远场光学器件(透镜)来耦合NFT和光子传感器。替代地，集成纳米源将NFT和光子源直接组合，或者使用光纤光学器件或远场光学器件(透镜)来耦合NFT和光子源。纳米传感器或纳米源可被胶合到压电管上，压电管被用于保持NFT与样本表面之间的特定的角度和距离。振荡的压电管也被用于在探针着靶(1anding)期间检测表面接触和/或接近。这是通过对探针振荡(振幅和/或相位)的减弱的监测完成的。在一些实施例中，向样本运送或从样本采集光子是使用聚焦在ROI上的远场光学器件完成的，分别与用于采集或运送光子的近场光学器件同步。根据其它方面，使能了以超出光学衍射极限的分辨率执行电子和光学样本纳米探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成了近场转换器的探测器，包括：探针空间定位器；附接到所述定位器的叉；附接到所述叉的自由端的振荡压电管；附接到所述振荡压电管的电导线；光纤，具有形成于其端部处的近场转换器，所述光纤附接到所述振荡压电管，使得所述近场转换器在所述振荡压电管下面延伸；其中，所述近场转换器包括形成在所述光纤的所述端部处的锥形部分、形成在所述锥形部分的尖部处的金属涂层、以及形成在所述金属涂层中以便穿过所述金属涂层暴露所述锥形部分的所述尖部的孔。

【技术特征摘要】
2015.06.25 US 62/184,8221.一种集成了近场转换器的探测器，包括：探针空间定位器；附接到所述定位器的叉；附接到所述叉的自由端的振荡压电管；附接到所述振荡压电管的电导线；光纤，具有形成于其端部处的近场转换器，所述光纤附接到所述振荡压电管，使得所述近场转换器在所述振荡压电管下面延伸；其中，所述近场转换器包括形成在所述光纤的所述端部处的锥形部分、形成在所述锥形部分的尖部处的金属涂层、以及形成在所述金属涂层中以便穿过所述金属涂层暴露所述锥形部分的所述尖部的孔。2.如权利要求1所述的探测器，其中，所述近场转换器还包括从所述金属涂层延伸的金属尖部。3.如权利要求2所述的探测器，其中，所述金属尖部延伸至从50nm到100nm的高度，并且具有直径为20nm到30nm的尖部顶点。4.如权利要求2所述的探测器，其中，所述孔具有C形，并且所述金属尖部形成在所述C形孔的中心部分处。5.如权利要求1所述的探测器，其中，所述金属涂层包括金层。6.如权利要求1所述的探测器，还包括设置在所述金属涂层上的对准标记。7.如权利要求6所述的探测器，其中，所述对准标记包括金属凸块。8.如权利要求6所述的探测器，其中，所述对准标记包括蚀刻的标记。9.如权利要求1所述的探测器，其中，所述锥形部分的所述尖部具有小于待被检测的光子的波长的直径。10.一种用于制造用于在预选的波长处进行操作的近场转换器的方法，包括：提供直径大于所述波长的单模光纤；在所述单模光纤的一个端部处形成减薄部分，其中，所述减薄部分在直径小于所述波长的平坦底部处收尾；利用不透明层涂覆所述平坦底部；在所述不透明层中切出孔，所述孔具有针对所述预选的波长进行优化并且小于所述预选的波长的尺寸；在所述孔附近的所述不透明层上生长金属尖部；以及在所述不透明层的外周上形成对准标记。11.如权利要求10所述的方法，其中，所述不透明层由金制成。12.如权利要求10所述的方法，其中，所述孔被形成为具有C形。13.如权利要求12所述的方法，其中，所述金属尖部形成在所述C形孔的中心处。14.如权利要求10所述的方法，其中，所述尖部生长到具有从50nm到100nm的高度。15.如权利要求10所述的方法，其中，使用聚焦离子束辅助化学气相沉积来生长所述尖部。16.如权利要求10所述的方法，其中，所述对准标记是使用聚焦的离子束生长的金属凸块。17.如权利要求10所述的方法，其中，使用聚焦离子束将所述对准标记蚀刻到所述不透明层上。18.一种用于以超出光学衍射极限的分辨率执行电气和光学样本纳米探测的装置，包括：样本保持器；导航显微镜，被配置为用于在所述样本上导航至感兴趣的区域(ROI)；探针空间定位器；附接到所述定位器的叉；振荡压电管，附接到所述叉的自由端并提供指示到所述样本的距离的输出；附接到所述振荡压电管的电导线；单模光纤，具有形成于其端部处的近场转换器，所述光纤附接到所述振荡压电管，使得所述近场转换器在所述振荡压电管下面向...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·乌克兰采夫，M·伯克米雷，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国;US